涂料工業(yè)：

    青島理工大學(xué)功能材料研究所是由我國聚脲技術(shù)領(lǐng)軍人物黃微波教授創(chuàng)建，是專門從事純聚脲研究、開發(fā)、鑒定、檢測、推廣、應(yīng)用的專業(yè)機(jī)構(gòu)，已成為我國純聚脲技術(shù)研究與推廣的創(chuàng)新中心和服務(wù)平臺，同時，構(gòu)筑了中國與世界聚脲技術(shù)交流的橋梁和紐帶。

    該研究所積極開展以聚脲技術(shù)為背景的科技創(chuàng)新工作，長期與國外知名學(xué)者、跨國公司交流與合作，不斷將最先進(jìn)的防護(hù)理念、技術(shù)和工藝引進(jìn)國內(nèi)，推動行業(yè)技術(shù)進(jìn)步和產(chǎn)品升級換代；研究所承擔(dān)了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、國“九五”-“十二五”科技攻關(guān)等國家級課題16項(xiàng)、省部級科研項(xiàng)目20余項(xiàng)。研究所擁有門類較齊全的儀器設(shè)備，為聚脲技術(shù)的深入研究和領(lǐng)域拓展，提供了良好的硬件支撐條件。

    主要研究成果有：

    基礎(chǔ)設(shè)施超長壽命防護(hù)新材料及關(guān)鍵技術(shù)

    混凝土在役快速修復(fù)新技術(shù)阻

    尼減振降噪與防護(hù)一體化技術(shù)

    高鐵橋梁混凝土噴涂聚脲防護(hù)新技術(shù)

    水利行業(yè)超抗沖刷耐磨蝕新材料與技術(shù)

    具有抗爆功能噴涂聚脲材料的研制

    目前，防護(hù)涂層的應(yīng)用領(lǐng)域十分廣泛，例如建筑、橋梁、隧道、高鐵等工程。由于受大氣環(huán)境的影響，涂層的老化問題日漸突出，嚴(yán)重影響了其防護(hù)性能，學(xué)者們針對涂層的自然老化問題進(jìn)行了廣泛的研究。耿舒等采用光澤度儀？SEM?FT-IR及EIS等手段對丙烯酸聚氨酯防腐涂層的紫外線老化行為進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)丙烯酸聚氨酯涂層在發(fā)生明顯的降解之前其防護(hù)性能已經(jīng)明顯下降。李鑫茂利用宏觀和微觀相結(jié)合的方法對3種聚脲涂層自然曝曬270d后的性能進(jìn)行了分析，從表面和斷面微觀形貌得出曝曬270d后的聚脲涂層僅在表面發(fā)生明顯老化現(xiàn)象，涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化。張寒露等采用SEM?FT-IR光譜。金相顯微鏡等手段對三亞室外自然曝曬和氙弧燈老化條件下聚氨酯涂層的老化行為進(jìn)行了研究，結(jié)果表明：室外自然曝曬和氙弧燈老化下聚氨酯涂層失效時的表面形態(tài)和劣化機(jī)理一致，可以用室內(nèi)氙弧燈老化實(shí)驗(yàn)對室外自然曝曬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行模擬，自然曝曬實(shí)驗(yàn)?zāi)芨鎸?shí)反映出涂層的老化性能。

    自然曝曬實(shí)驗(yàn)將試樣暴露在自然環(huán)境下，通過觀察其性能隨時間變化的特點(diǎn)，對其耐久性進(jìn)行評估。室外自然曝曬實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蛘鎸?shí)有效地反映涂層老化的形貌特征及分子結(jié)構(gòu)等的變化情況。本文選用QF系列防護(hù)材料進(jìn)行大氣自然環(huán)境老化對比試驗(yàn)，探討上述材料在自然曝曬環(huán)境中性能的變化規(guī)律，從而選出耐老化性更為優(yōu)異的涂層。

    1 實(shí)驗(yàn)部分

    1.1 實(shí)驗(yàn)原料及制備

    QF-162噴涂聚脲涂層和QF-178噴涂聚氨酯涂層均為青島理工大學(xué)功能材料研究所自制，QF-162噴涂聚脲涂層A組分為純MDI（煙臺萬華）和端羥基聚醚進(jìn)行預(yù)聚，預(yù)聚物—NCO含量為15.5%，B組分由端氨基聚醚？胺類擴(kuò)鏈劑（淄博正大）組成；QF-178噴涂聚氨酯涂層A組分為純MDI（煙臺萬華）和端羥基聚醚進(jìn)行預(yù)聚，預(yù)聚物—NCO含量為15.5%，B組分由端羥基聚醚和擴(kuò)鏈劑（上海高橋）組成。

    在PVC塑料板（通用）基材上噴涂一層脫模劑，采用美國PMC噴涂設(shè)備，噴涂厚約2.0mm的涂層。進(jìn)行拉伸實(shí)驗(yàn)的各材料需用切片機(jī)裁成啞鈴型。

    1.2 試驗(yàn)設(shè)備

    萬能實(shí)驗(yàn)機(jī)（MZ-4000D1）？切片機(jī)（MZ-4102）？厚度計(jì)（MZ-4032）：江蘇明珠實(shí)驗(yàn)機(jī)械有限公司；光澤度儀：XGP系列，天津信通光達(dá)科技有限公司；傅里葉紅外光譜儀（Tensor27）：德國布魯克光譜儀公司；聚脲噴涂設(shè)備（PHX-40）：美國PMC公司。

    1.3 試驗(yàn)環(huán)境

    室外自然環(huán)境為青島理工大學(xué)2號結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)樓頂戶外曝曬場。

    1.4 戶外自然曝曬實(shí)驗(yàn)

    進(jìn)行室外自然曝曬實(shí)驗(yàn)所用的各材料要按照GB/T9276—1996的要求，將樣片掛于室外曝曬現(xiàn)場的曝曬架上，分別測試其曝曬7d?194d?233d?538d?573d和2493d后拉伸強(qiáng)度？斷裂伸長率和光澤的變化。

    1.5 性能測試與微觀分

    析材料的宏觀性能測試和微觀性能研究分別通過拉伸試驗(yàn)？斷裂試驗(yàn)和FT-IR進(jìn)行表征。

    2 結(jié)果與討論

    2.1 力學(xué)性能

    圖1是QF-162涂層和QF-178涂層經(jīng)戶外曝曬7d?194d?233d?538d?573d和2493d后的拉伸強(qiáng)度和斷裂伸長率的變化。

    從圖1可以得出，海洋大氣環(huán)境戶外自然曝曬對QF-162涂層的力學(xué)性能影響并不是很大，對QF-178涂層的影響顯著。在經(jīng)過2493d的戶外自然曝曬后，QF-178涂層的力學(xué)性能幾乎完全喪失，而QF-162涂層仍保持較好的力學(xué)性能，其拉伸強(qiáng)度保持在15MPa以上，斷裂伸長率保持在400%左右，表現(xiàn)出較好的耐老化性能。

    圖1 涂層在自然曝曬下力學(xué)性能的變化

    2.2 光澤

    太陽光中的短波紫外光通常是引起聚合物破壞的主要原因，而海洋大氣環(huán)境下的紫外線輻射更為強(qiáng)烈[9]。依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)GB/T8807—1988對2種涂層在老化前和2493d的戶外自然曝曬后光澤進(jìn)行測試，測試結(jié)果見表1，2種涂層顏色的變化情況見圖2所示。

    由表1可知，老化2493d后，2種涂層失光嚴(yán)重。老化前QF-162涂層和QF-178涂層光澤分別為82.8和82.9，老化2493d后，光澤分別下降至10.9和8.6。可見戶外自然曝曬對2種涂層光澤的影響十分顯著。

表1 2種涂層在老化前和老化2493d后光澤的變化

    圖2 涂層經(jīng)室外自然曝曬前后顏色的變化

    從圖2（a）可以發(fā)現(xiàn)，涂層經(jīng)過2493d戶外自然曝曬后，2種涂層的顏色均發(fā)生了不同程度的變化。QF-162涂層的顏色由起初的橘黃色變成暗黃色，QF-178涂層由紅色變成咖啡色。這是因?yàn)殡S著曝曬時間的延長，涂層會出現(xiàn)不同程度的黃變。且從圖1（b）中可以看出，QF-178涂層表面出現(xiàn)嚴(yán)重的裂紋。

    綜合表1、圖2可以初步斷定：經(jīng)過2493d的戶外自然曝曬后，2種涂層中部分化學(xué)鍵均發(fā)生了斷裂，導(dǎo)致涂層發(fā)生化學(xué)降解，從而出現(xiàn)了涂層老化現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)力學(xué)強(qiáng)度和光澤下降的現(xiàn)象。

    2.3 紅外光譜分析

    QF-162和QF-178涂層戶外自然曝曬前后的FT-IR如圖3所示。涂層自然老化2493d后，將其表面老化部分用砂紙打磨掉，除去表面3~5μm失光老化部分，再進(jìn)行紅外表征，結(jié)果如圖4所示。

    圖3自然曝曬老化前后樣片的FT-IR光譜

    圖3（a）顯示，在3360cm-1處是N—H伸縮振動峰，2965.55~2870.16cm-1范圍內(nèi)是C—H伸縮振動峰，1600~1700cm-1范圍內(nèi)是C=O的特征峰，在1530cm-1處是C—N和N—R的伸縮振動峰，1100~1016cm-1范圍內(nèi)是C—O—C的伸縮振動峰，以上特征峰的存在證明QF-162涂層中含有脲鍵—NHCONH—。經(jīng)自然曝曬老化2493d后的圖譜與老化前相比，3360cm-1處的N—H伸縮振動峰？2965.55~2870.16cm-1范圍內(nèi)的C—H伸縮振動峰？1600~1700cm-1范圍內(nèi)C=O的特征峰以及1530cm-1處的C—N和N—R的伸縮振動峰都幾乎難以分辨，說明這些伸縮振動峰和特征峰在自然曝曬老化過程中均發(fā)生了明顯的減弱，內(nèi)部的化學(xué)鍵出現(xiàn)了一定程度的斷裂；1100~1016cm-1范圍內(nèi)的C—O—C的伸縮振動峰相比老化前的峰值也發(fā)生了明顯的減弱和變寬現(xiàn)象。以上特征峰的變化結(jié)果說明了QF-162涂層在戶外自然曝曬過程中其化學(xué)鍵發(fā)生了斷裂。圖3（b）顯示，在2925cm-1和2852cm-1處為—CH2振動峰，1728cm-1處為酯的C=O吸收振動峰，1453.5cm-1處為苯環(huán)上的C=C吸收振動峰，1523cm-1處是—NH和—CN的吸收振動峰。與老化前相比，QF-178涂層的戶外曝曬樣片在各個峰處的強(qiáng)度都有明顯的減弱，幾乎難以分辨，說明各振動峰處的化學(xué)鍵均發(fā)生了嚴(yán)重的斷裂。

    從圖4（a）可以看出，打磨后的QF-162涂層FT-IR光譜與原始樣片保持一致，說明除去表面老化失光部分后的內(nèi)部涂層沒有發(fā)生化學(xué)鍵斷裂和氧化還原反應(yīng)。結(jié)合力學(xué)性能研究結(jié)果可知，老化后的QF-162涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)并沒有發(fā)生變化，僅在涂層表面發(fā)生了老化現(xiàn)象。從圖4（b）中可以看出，打磨表面老化后的QF-178涂層的FT-IR光譜與老化前大致保持相同，表明打磨后的涂層也沒有出現(xiàn)斷鍵和氧化還原反應(yīng)，但結(jié)合力學(xué)研究結(jié)果可以看出，QF-178涂層的力學(xué)性能幾乎完全喪失，僅有2.2MPa的拉伸強(qiáng)度是由打磨表面老化部分后剩余涂層提供，可見，在經(jīng)過2493d戶外自然曝曬后，僅剩少量聚氨酯涂層沒有老化，老化部分涂層內(nèi)部化學(xué)鍵斷裂十分明顯，分子結(jié)構(gòu)發(fā)生了較大變化，涂層已不具備任何使用價值。

    圖4 老化前與老化后涂層表面打磨樣片的FT-IR光譜

    3 結(jié)語

    （1）經(jīng)戶外自然曝曬老化2493d后，QF-162涂層仍保持穩(wěn)定的力學(xué)性能，其拉伸強(qiáng)度保持在15MPa以上，斷裂伸長率達(dá)400%以上，僅下降14.38%；涂層失光率達(dá)86.84%，涂層老化前后顏色變化顯著。從力學(xué)性能及微觀研究結(jié)果可知，老化僅使涂層表面小部分分子鍵發(fā)生斷裂，而內(nèi)部結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生變化，涂層仍保持穩(wěn)定的性能。

    （2）在戶外自然曝曬2493d后QF-178涂層的力學(xué)性能幾乎完全喪失，其拉伸強(qiáng)度只有2.20MPa，相比老化前下降90.71%，斷裂伸長率下降98.75%；涂層失光率達(dá)89.63%，老化后涂層表面出現(xiàn)了嚴(yán)重的裂紋，從微觀結(jié)構(gòu)分析可知，涂層內(nèi)部結(jié)構(gòu)變化明顯，已不具備任何使用價值。

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責(zé)任編輯：王元

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